DE3139764A1 - REMOTE CONTROLLED MANIPULATOR - Google Patents
REMOTE CONTROLLED MANIPULATORInfo
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- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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- B25J17/02—Wrist joints
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Description
Ferngesteuerter ManipulatorRemote controlled manipulator
Die Erfindung bezieht, sich auf Roboter, genauer gesagt auf ferngesteuerte Manipulatoren für Ferngesteuerte Positionierungen etc.The invention relates to robots, more specifically to remote controlled manipulators for remote controlled positioning etc.
Maschinen, zum ferngesteuerten Positionieren besitzen normalerweise einen Gelenkarm, der sich über ein definiertes Volumen zur Handhabung und Montage von Teilen verschiedenartiger Vorrichtungen bewegt. Diese Maschinen finden für diverse Zwecke Verwendung, wie beispielsweise zur automatischen Montage und für numerisch gesteuerte Maschinen. In zunehmender Weise werden derartige Maschinen durch eine Vorrichtung, wie beispielsweise einen Digitalkamputer, gesteuert, die die Position und Orientierung eines am Arm befestigten Manipulators steuert. Beispiele von derartigen Maschinen sind in den US-PSen 3 985 238 und 4 068Machines for remote-controlled positioning usually own an articulated arm that extends over a defined volume for handling and assembling parts of various devices emotional. These machines are used for various purposes, such as for automatic assembly and for numerically controlled machines. Increasingly, such machines are by an apparatus such as a digital camcorder, which controls the position and orientation of a manipulator attached to the arm. Examples of such machines are disclosed in U.S. Patents 3,985,238 and 4,068
i!j beschrieben. Dei derartigen Manipulatoren handelt es sich im wesentlichen um Kragarme, die eine Anzahl von Gelenk- und Gleitverbindungen aufweisen, um die erforderliche Bewegung im Raum zu ermöglichen.i! j described. Such manipulators are in essentially about cantilever arms, which have a number of articulated and sliding connections in order to achieve the required movement in space enable.
Zu den wichtigen Eigenschaften von derartigen Maschinen zählen deren Lasttragvermögen, ihre maximale Arbeitsgeschwindigkeit (die zum großen Teil von der Trägheit der Maschine abhängt) und der einfache Aufbau der Maschinen, der nicht nur deren einfache Verwendung sondern auch unmittelbar ihre Herstellungskosten beeinflußt. Das Lasttragvermögen von vielen der gegenwärtig erhältlichen Manipulatoren, insbesondere den als Kragarm nurifiehi Idetcn Manipulatoren, ist häuf in, im Vergleich zu ■ dnr Manure dcjfi Manipulators nelbst stark bocjrenzt. Dciswniteren besitzen diese Manipulatoren eine Konstruktion, die huhe Translations- und Rotationsträgheitsmomente erzeugt, was dazu führt, daß die Beschleunigung des Manipulatorkopfes und somit die maximale Geschwindigkeit des Manipulators selbst unnötig begrenzt ist. Schließlich führt der komplexe Aufbau häufig zu hohen Kosten, zu einer verringerten ZuverlässigkeitThe important properties of such machines include their load-carrying capacity and their maximum working speed (which largely depends on the inertia of the machine) and the simple structure of the machines, not just theirs ease of use but also directly affects their manufacturing costs. The load carrying capacity of many of the present Manipulators available, in particular the cantilever manipulators, is common in, compared to ■ dnr Manure dcjfi manipulators themselves are heavily restricted. Dciswniteren these manipulators have a construction that huhe Translational and rotational moments of inertia generated, which leads to the acceleration of the manipulator head and thus the maximum speed of the manipulator itself is unnecessarily limited. Finally, the complex structure leads often at high cost, with reduced reliability
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und folglich größeren Stilliegezeiten und oft zu einer erhöten Komplexität des Steuersystems zum Antrieb dieser Maschinen«and consequently longer downtimes and often an increased complexity of the control system for driving these machines «
Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten ferngesteuerten Manipulator zu schaffen.The aim of the invention is to provide an improved remote-controlled Create manipulator.
Es ist desweiteren Ziel der Erfindung, einen ferngesteuerton Manipulator zur Verfügung zu stellen, der einen einfachen und wirksamen Aufbau besitzt»It is a further object of the invention to provide a remotely controlled sound To provide a manipulator that has a simple and effective structure »
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Ein anderes Ziel besteht darin, einen ferngesteuerten Manipulator zu schaffen, dessen bewegliche Abschnitte eine vergleichsweise niedrige Trägheit im Vergleich zu der Last, die sie tragen können, besitzt»Another object is to provide a remote-controlled manipulator whose movable sections are comparatively similar has low inertia compared to the load they can carry »
Schlauch ist es Ziel der Erfindung, einen ferngesteuerten Manipulator zur Verfügung zu stellen, dessen Konstruktion den erforderlichen Rechenaufwand zur Positionierung des Manipulator— kopfes an einem gewünschten Ort auf ein Minimum bringt. .20 ■ ·Hose is the object of the invention to provide a remote-controlled manipulator available, the construction of which the required Computational effort for positioning the manipulator head in a desired location to a minimum. .20 ■ ·
Erfindungsgemäß besitzt eine Gelenkeinheit zur Durchführung einer ferngesteuerten Montage u.ä, drei Arme, von denen jeder derart an einem Rahmen gelagert ist, daß er sich um eine erste und zweite' Achse (relativ zum Rahmen) drehen kann, die in einer quer zu dem entsprechenden Arm verlaufenden Ebene liegen, und um eine dritte Achse, die mit der Längsachse des Armes zusammenfällt. Die Arme enden in einer Kupplung, die eine Verbindungseinheit trägt, welche derart montiert ist, daß sie sich (relativ zu jedem Arm) um zwei Achsen drehen kann, die in einer zweiten Querebene zu dem entsprechenden Arm liegen, und die zwangsweise mit jedem Arm um eine Achse rotieren muß, die mit dor Längsachse des Armes zusammenfällt. Die Positionierung und Orientierung der Verbindungseinheit (und somit die eines von der Verbindungseinheit getragenen Werkzeuges oder Teiles) wird durch die Längenausdehnung eines jeden Armes und dessen Drehung um seine Längsachse festgelegt.According to the invention, a joint unit for carrying out a remote-controlled assembly and the like has three arms, each of which in this way is mounted on a frame so that it can rotate about a first and second 'axis (relative to the frame), which in a lie transverse to the corresponding arm plane, and about a third axis which coincides with the longitudinal axis of the arm. The arms terminate in a coupling which carries a connecting unit which is mounted in such a way that they are (relatively to each arm) can rotate around two axes, which in a second Transverse plane lie to the corresponding arm, and must necessarily rotate with each arm around an axis that corresponds to dor Longitudinal axis of the arm coincides. The positioning and orientation of the connection unit (and thus one of the tool or part carried by the connecting unit) is determined by the length expansion of each arm and its rotation around its longitudinal axis.
Bsi der bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungseinheit so montiert, daß sich ihre Rotationsachsen relativ zu jedem Arm an einem gemeinsamen Punkt schneiden, um auf diese Weise die Translations- und Rotationspositionsgleichungen des System .5y voneinander abzukoppeln, so daß die Lage der VerbindungseinheitThe connection unit is the preferred embodiment mounted so that their axes of rotation intersect at a common point relative to each arm, in order to thereby reduce the Translation and rotational position equations of the system .5y uncouple from each other, so that the position of the connection unit
allein durch die Längenausdehnung eines jeden Armes und deren - winklige Orientierung in erster Linie durch die Winksilage nines jodnn Arinns bestimmt wird. Dadurch werden die Dowcguncjs— gleichungen auseinandergekoppelt, wodurch dis Verlängerupg 1d und Rotation der Arme sowie deren Geschwindigkeiten auf Hiesolely by the length expansion of each arm and their - Angular orientation is primarily determined by the angle silage nines jodnn Arinns. This will make the Dowcguncjs— equations decoupled, whereby the extension and rotation of the arms as well as their speeds on Hie
Lage und Orientierung und die Geschwindigkeit der VerbindMngseinheit bezogen werden. Damit wird der zur Steuerung, des Systems erforderliche rechnerische Aufwand reduziert, wodurch die Kosten und die Komplexität des Systems herabgesetzt werden können. Um beispielsweise die Positions- und Winkelgeschwindigkeit der Verbindungseinheit aus den entsprechenden Geschwindigkeiten der Arme zu· errechnen, muß während der Bewegung der Verbindungseinheit wiederholt eine 6x6 Matrix invertiert werden, wobei dieser rechnerische Aufwand insofern reduziert wird, als "20 daß nunmehr nur noch drei 3x3 Matritzen invertiert werden müssen.Position and orientation and the speed of the connection unit can be obtained. This reduces the computational effort required to control the system, which means the cost and complexity of the system can be reduced. For example, the position and angular speed of the connecting unit from the corresponding speeds of the arms must be calculated during the movement of the connecting unit repeatedly inverting a 6x6 matrix, this computational effort is reduced insofar as "20 that now only three 3x3 matrices have to be inverted.
An jedem Arm sind in der Nähe der Verbindung desselben mit dem' Rahmen Antriebsmotoren montiert, die eine Längsbewegung und Rotation eines jeden Armes durchführen können, um dadurch die Verbindungseinheit an einer gewünschten Stelle und mit . - einer gewünschten Orientierung zu positionieren. Diese Positionierung durch die Antriebsmotoren bewirkt eine große Redu-. zierung der Trägheit des Systems und reduziert somit dessen Ansprechzeit.On each arm are near the junction of the same with the ' Frame mounted drive motors that can perform a longitudinal movement and rotation of each arm to thereby the connection unit at a desired location and with. - to position in a desired orientation. This positioning by the drive motors causes a large reduction. reducing the inertia of the system and thus reducing it Response time.
Für die Arme findet ein Dreipunktmantagesystem Verwendung. Dadurch wird eine Konstruktion mit hoher Steifigkeit erreicht, dia in der Larjo ist, beträchtliche Lasten mit hohen Geschwindigkeiten zu bewegen.A three-point management system is used for the arms. This achieves a high stiffness construction that Larjo is capable of carrying considerable loads at high speeds to move.
Die Konstruktion ermöglicht von sich aus die Ausführung mit einer Reihe von unterschiedlichen Freiheitsgraden, um spezielle Bedürfnisse zu erfüllen. Die hier beschriebene AusführungsfarmThe construction of its own enables the execution with a number of different degrees of freedom to special Meet needs. The execution farm described here
besitzt sechs Freiheitsgrade (drei Translations- und drei Rotatlunsfrciheitsgrade). Eo können jedoch ahne WBitorcs auch, mehr oder weniger Freiheitsgrade Verwendung finden, um einen für einen speziellen Zweck besser geeigneten Manipulator vor—. zusehen. Die Arme sind im wesentlichen identisch ausgebildet, ■ so daß das System in Massenproduktion, vergleichsweise billig, ohne hohe kritische Toleranzen und mit einer begrenzten Anzahl von unterschiedlichen Teilen hergestellt werden kann.has six degrees of freedom (three translational and three Degrees of rotation). Eo can, however, also without WBitorcs, more or fewer degrees of freedom are used to provide a manipulator that is more suitable for a specific purpose. watch. The arms are essentially identical in design, so that the system can be mass-produced, comparatively cheap, without high critical tolerances and with a limited number can be made from different parts.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben« Es zeigen : ·The invention will now be described in detail using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing. Show it : ·
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungs- · gemäß ausgebildeten ferngesteuerten Manipulators;FIG. 1 shows a perspective view of a remote-controlled manipulator designed according to the invention;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Wlanipulatorkopfes der Figur Ί, wobei Teile zur besseren Darstellung
weggebrochen sind; und
.FIG. 2 shows a perspective view of the WLANipulator head of FIG. 1, with parts broken away for better illustration; and
.
Figur 3 eine Ansicht einer Ausführungsform der Antriebseinrichtungen für die Arme. FIG. 3 shows a view of an embodiment of the drive devices for the arms.
Der in Figur 1 dargestellte Rahmen 10 umfaßt eine Basis 12,-vertikale Fußgestelle 14, 16 und eine dreieckige Plattform 18= Kardanische Aufhängungen 20, 22 und 24 sind an den Fußgestellen 14, 16 und dor Plattform 18 montiert. Die kardanische Aufhängung 20 weist Gin erstes Joch .26 auf, in dem ein zweiten Joch 28 mit Hilfe eines vertikalen Zapfens 30 gelenkig gelagert ist. Ein Elektromotor 32 ist mittels eines Stiftes 34 im Joch 28 drehbar gelagert, und der Rahmen eines zweiten Elektromotors 36 ist so auf der Welle des Motors 32 montiert, daß er sich mit diesem drehen kann» Wie man Figur 1 entnehmen kann, kann sich jeder Arm relativ zum Eahmen um drei Achsen drehen= Bei der ersten Achse handelt es sich um die Längsachse eines jeden Armes. Die zweite und dritte Achse werden durch Querachsen gebildet, die durch die entsprechenden GelenkstifteThe frame 10 shown in Figure 1 comprises a base 12, -vertical Pedestals 14, 16 and a triangular platform 18 = Gimbal mountings 20, 22 and 24 are mounted on the pedestals 14, 16 and the platform 18. The gimbal Suspension 20 has gin first yoke .26, in which a second Yoke 28 is articulated with the aid of a vertical pin 30. An electric motor 32 is by means of a pin 34 in Yoke 28 rotatably mounted, and the frame of a second electric motor 36 is mounted on the shaft of the motor 32 that he can rotate with it »As can be seen in Figure 1, each arm can rotate around three axes relative to the frame = The first axis is the longitudinal axis of each arm. The second and third axes are made up of transverse axes formed by the corresponding hinge pins
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festgelegt sind und selbst Ebenen definieren, die quer zu der Achse des entsprechenden Armes verlaufen.are set and define themselves planes that run transversely to the axis of the corresponding arm.
Ein Arm 50, der einen verlängerbaren Arm 52 aufweist, ist konzentrisch zu der Welle des Motors 36 montiert. Der Arm 52 ist mit einem rückwärtigen Abschnitt 54 versehen, der eine mit einem Innengewinde versehene mittlere Bohrung besitzt, die mit einer entsprechenden Schraube 56 zusammenwirkt, welche an der Welle des Motors 36 ausgebildet ist. Ein mit einer Innenwand des Armes 50 verbundener Stift 57 ist in einem Längsschlitz 59 des Armes 52 geführt, um eine' Rotation des Armes 52 relativ zu dem Arm 50 zu verhindern. Die Motoren 32 und 36 stehen mit einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) in Verbindung, die vorzugsweise einen Komputer enthält, der den Motoren verschiedene Positions- und Rotationsantriebsbefehle zuführt.An arm 50, which has an extendable arm 52, is concentric mounted to the shaft of the motor 36. The arm 52 is provided with a rear portion 54, the one with has an internally threaded central bore which cooperates with a corresponding screw 56 which is attached to the Shaft of the motor 36 is formed. A pin 57 connected to an inner wall of the arm 50 is in a longitudinal slot 59 of the arm 52 in order to prevent a rotation of the arm 52 relative to the arm 50. The motors 32 and 36 are with a control device (not shown), which preferably includes a computer, the various engines Feeds position and rotation drive commands.
Jeder Motor wird vorzugsweise unabhängig betrieben. Der Motor 32 steuert die Winkellage des Armes 52, während der Motor 36 dessen Längsausdehnung steuert. Die Konstruktion der kardanischen Aufhängungen 22, 24 und der zugehörigen Translations- und Rotationsantriebe für die Arme entsprechen der Konstruktion der kardanischen Aufhängung 20 und den entsprechenden Antrieben und müssen daher nicht mehr in Einzelheiten beschrieben werden.Each motor is preferably operated independently. The motor 32 controls the angular position of the arm 52, while the motor 36 controls its longitudinal extent. The construction of the gimbal Suspensions 22, 24 and the associated translational and rotational drives for the arms correspond to the construction the cardanic suspension 20 and the corresponding drives and therefore do not need to be described in detail.
Die Arme 52, 56 und 60 enden in einem Kupplungskopf 62, der in Figur 2 in Einzelheiten dargestellt ist. Der Kopf 62 weist ein inneres Element 64, ein Zwiwchenelement 66 und ein äuOeros Element 6U auf. Die Elemente 64 und 66 sind durch Kugellager 70 voneinander getrennt, während die Elemente 66 und 68 durch Kugellager 72 voneinander getrennt sind. Eine Verbindungseinheit . 74 ist mit dem inneren Element 64 starr verbunden und rotiert zusammen mit diesem Element unabhängig von den Elementen 66, 68. ' ' 'The arms 52, 56 and 60 end in a coupling head 62 which is shown in detail in FIG. The head 62 has an inner element 64, an intermediate element 66 and an outer element Element 6U on. The elements 64 and 66 are separated from each other by ball bearings 70, while the elements 66 and 68 by Ball bearings 72 are separated from each other. A connection unit. 74 is rigidly connected to the inner element 64 and rotates together with this element independent of elements 66, 68. '' '
Der Arm 52 ist an dem äußeren Kopfelement 68 über einen Kupplungs— arm.80 befestigt, der mit einem Ende starr am Arm 52 befestigt und-am anderen Ende derart gelenkig gelagert ist, daß er sich um einen Lagerstift 82 drehen kann. In ähnlicher Weise ist der' Arm 60 mit dem Zwischenkopfelement 66 über einen Kupplungs-The arm 52 is attached to the outer head member 68 via a coupling arm.80 attached, which is rigidly attached at one end to the arm 52 and-is articulated at the other end such that it is can rotate about a pivot pin 82. In a similar way, the 'arm 60 is connected to the intermediate head element 66 via a coupling
arm Θ6 verbunden, der an einem Ende starr am Arm 60 befestigt und anv anderen Ende derart gelenkig gelagert ist, daß er sich um einen Lagerstift 88 drehen kann» Die Verbindungseinheit kann daher relativ zu dem Arm 52 um eine erste Achse "a" rotieren, die konzentrisch zu der Rotationsachse des inneren Elementes 64 verläuft, und um eine zweite Achse "b", die sich kolinear zu der Achse des Lagerstiftes 82 erstreckt» Diese Achsen bilden eine Ebene, die quer zu der Längsachse "c" des Armes verläuft ("quer" soll hier "unter einem Winkel y>0 bedeuten., so daß die Linie oder Achse, zu der die Ebene quer verläuft-, außerhalb der Ebene liegt)» · ·arm Θ6 connected, which is rigidly attached to the arm 60 at one end and articulated at the other end in such a way that it can rotate about a bearing pin 88 »The connecting unit can therefore rotate relative to the arm 52 about a first axis" a ", which is concentric with the axis of rotation of the inner member 64 and about a second axis "b" which extends colinearly with the axis of the bearing pin 82 »These axes form a plane which is transverse to the longitudinal axis" c "of the arm (" transverse "should mean" here at an angle y> 0 , so that the line or axis to which the plane runs transversely lies outside the plane) »· ·
Da der Arm 80 .starr mit dem Arm 82 verbunden ist, kann der-Kopf 74 relativ zu dem Arm 52 nicht um die Längsachse "c"Since the arm 80 is rigidly connected to the arm 82, the head can 74 relative to the arm 52 not about the longitudinal axis "c"
Ϊ5 dieses Armes rotieren, jedoch zusammen mit diesem Arm um diese Achse. In ähnlicher Weise rotiert das Segment 74 relativ zu dem Arm 60 um die erste Achse "α" und um eino zweite Achno-"d", die kolinear zur Achse des Lager-stiftes Bü verlauft» Diese Achsen bilden eine Ebene, die sich quer zur Längsachse "e" des Armes 60 erstreckt. Der Kopf 74 kann relativ zu dem. Arm 60 nicht um die Achse "e" rotieren, jedoch zusammen mit dem Arm 60 um diese Achse. ·Ϊ5 of this arm rotate, however, together with this arm this axis. Similarly, segment 74 rotates relatively to the arm 60 about the first axis "α" and about a second Achno- "d", which runs colinearly to the axis of the bearing pin Bü » These axes form a plane that extends transversely to the longitudinal axis "e" of the arm 60. The head 74 can be relative to the. Arm 60 does not rotate about axis "e", but together with arm 60 about this axis. ·
Das Kopfsegment 64 ist mit Hilfe eines Universalgelenkes mit dem Arm 56 verbunden. Das beispielhaft dargestellte Gelenk umfaßt einen ersten Stift 90, der sich durch eine geschlitzte Backe -92 am unteren Endes des Armes 56 erstreckt, und einen. ■ zweiten Stift 94, der sich senkrecht zu dem Stift ÜO erstreckt und in-einer tjor.chlitzfcan (Ineka Dß einor Montrujuwel lc LHl montiert ist, die am Verbindcrkopf 74 befestigt ist. Dio Stifte 90 und 94 sind an ihrem Schnittpunkt gelenkig zueinander gelagert, so.daß ein Universalgelenk gebildet-wird, das eine Rotationsbewegung der Verbindungseinheit 74 relativ zum Arm 56 um zwei Achsen ermöglicht, die mit den Längsachsen "f" und "g" der Stifte 90, 94 zusammenfallen. Diese Achsen bilden eine Ebene, die quer zur Längsachse "a" des Armes 56 verläuft, so daß die' Verbindungseinheit 74 daher relativ zu dem Arm 56 um Achsen rotiert, die in dieser Ebene liegen» Die Verbindungs-The head segment 64 is connected to the arm 56 with the aid of a universal joint. The exemplified joint includes a first pin 90 extending through a slotted jaw -92 at the lower end of the arm 56, and one. Second pin 94, which extends perpendicular to the pin ÜO and is mounted in a tjor.chlitzfcan (Ineka Dß einor Montrujuwel lc LHl, which is attached to the connector head 74. The pins 90 and 94 are articulated to each other at their intersection, so that a universal joint is formed which enables the connection unit 74 to rotate relative to the arm 56 about two axes which coincide with the longitudinal axes "f" and "g" of the pins 90, 94. These axes form a plane which is transverse to the longitudinal axis "a" of the arm 56, so that the 'connecting unit 74 therefore rotates relative to the arm 56 about axes which lie in this plane.
einheit 74 wird an einer Rotation relativ zu dem Arm 56 um die Längsachse "a" dieses Armes gehindert, rotiert jedoch zusammen mit diesem Arm um diese Achse.Unit 74 is rotated relative to arm 56 the longitudinal axis "a" of this arm hindered, but rotates together with this arm about this axis.
Die Lage und Orientierung der Verbindungsexnheit 74 wird durch die Längsausdehnung und Winkellage eines.jeden Armes 52, 56, bestimmt. Desweiteren sind bei der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsfarm die. Rotationsachsen der Verbindungseinheit relativ zu den Armen so angeordnet, daß sie sich' an einem gemeinsamen Punkt (Punkt "I" in den Figuren 1 und 2) schneiden. Dadurch werden die Translations- und Rotations-Koordinaten der entsprechenden Arme so entkoppelt, daß die Lage der Verbindungs— einheit 74 allein über die Längsausdehnung der Arme bestimmt wird, während die Winkellage der Verbindungsexnheit in erster Linie durch die Rotationslage dieser Arme relativ zu.einem anfänglichen Bezugspunkt von Null bestimmt wird. Dadurch werden die Steuersysteme für den hier beschriebenen ferngesteuerten Manipulator stark vereinfacht, da der rechnerische Aufwand zur Bestimmung der erforderlichen Längsausdehnung und Winkellage eines jeden Armes, um die Verbindungseinheit an einer gewünschten Stelle und mit einer speziellen Orientierung positionieren zu künnnn, vereinfacht wird. Fnlglic.li wird dio Entwicklung dos . Steuersystems vereinfacht, und das System selbst kann beschleunigt arbeiten.The position and orientation of the connection exterior 74 is determined by the longitudinal extent and angular position of each arm 52, 56, certainly. Furthermore, in the preferred embodiment shown here, the. Axes of rotation of the connection unit arranged relative to the arms so that they intersect at a common point (point "I" in Figures 1 and 2). This will make the translation and rotation coordinates of the corresponding arms are decoupled in such a way that the position of the connecting unit 74 is determined solely by the longitudinal extent of the arms is, while the angular position of the connection sex primarily through the rotational position of these arms relative to.einem initial reference point is determined from zero. This will control the systems for the remote controlled Manipulator greatly simplified, since the computational effort to determine the required longitudinal extent and angular position of each arm in order to position the connection unit at a desired location and with a specific orientation künnnn, is simplified. Fnlglic.li will dio development dos . Control system is simplified, and the system itself can work expedited.
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Die Arme 52, 56, 60 des vorstehend beschriebenen ferngesteuerten' Manipulators bilden ein Tetraeder im Raum, wobei die Arme dieThe arms 52, 56, 60 of the remote controlled ' Manipulators form a tetrahedron in space, with the arms being the
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drei konvergierenden Kanten des Tetraeders bilden und die Verbindungsexnheit am Scheitel desselben liegt. Dies stellt eine besonders steife und feste Konstruktion dar, die die Verbindungseinheit und die daran befestigten Werkzeuge lagert. Die Konstruktion kann relativ hohen Beschleunigungen und Verzügerungen unterworfen"werden, ohne daß übermäßige Vibrationen und lange Ausrecjelzeiten vorkommen. Darüber hinaus kann die Verbindungs-three converging edges of the tetrahedron form and the connexity lies at the vertex of the same. This represents a particularly stiff and strong construction, the connecting unit and stores the tools attached to it. The construction can have relatively high accelerations and decelerations subjected "without causing excessive vibration and long Ausrecjelzeiten occur. In addition, the connection
C55 einheit oinc .beträchtliche Last tragen, üer Manipulator ist somit für solche Anwendungszwecke wie Teilemontage bei"numerisch gesteuerten Maschinen, Sortieren von .Teilen, Transport von Teilen o.a. besonders geeignet.C55 unit oinc. Carry considerable load via manipulator thus for such applications as parts assembly for "numeric controlled machines, sorting of parts, transport of parts especially suitable.
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Aus dem vorstehendem wird deutlich, daß ein verbesserter ferngesteuerter Manipulator entwickelt worden ist. Der Manipulator besitzt keinen Kragarm und weist eine Vielzahl von Armen auf,-die ausgehend von .einem festen Rahmen in einer Dreipunktlagorung angeordnet sind, so daß ein an den Armen befestigter Verbindungskopf, der ein Werkzeug oder ein zu positionierendes oder zu orientierendes Teil trägt, eine hohe Steifigkeit erhält.. Dadurch wird die Bewegung von beträchtlichen Lasten mit vergleichsweise hohen Geschwindigkeiten möglich. Darüber hinaus sind die Antriebselemente für die Positionierung und Orientierung von den wirksamen Rotationsachsen der Verbindungseinheit entfernt angeordnet, um auf diese Weise die Masse und folglich die Trägheit der Anordnung an der Stelle der Verbindungseinheit auf ein Minimum zu bringen. Dadurch wird die Bewegung der Verbindungs- · einheit und der daran befestigten Werkzeuge mit hoher Geschwindigkeit gefördert. 'From the above it is clear that an improved remote controlled Manipulator has been developed. The manipulator does not have a cantilever arm and has a large number of arms, -die starting from a fixed frame in a three-point position are arranged so that a connection head attached to the arms, a tool or a to be positioned or to orientating part, a high rigidity is given. This allows the movement of considerable loads with comparatively high speeds possible. In addition, the drive elements for the positioning and orientation of the effective axes of rotation of the connecting unit are located away, in order in this way to the mass and consequently the inertia to bring the arrangement at the point of the connection unit to a minimum. This will reduce the movement of the connecting · Unit and the tools attached to it at high speed promoted. '
Die Antriebseinrichtungen können vorteilhafterweise unmittelbar zu den Montageeinrichtungen benachbart angeordnet werden, die die Arme mit dem Rahmen verbinden, Sie können jedoch ebenfalls, je nach den Bedürfnissen des Benutzers', an Stellen angeordnet sein, die von diesem Punkt entfernt angeordnet sind, um einen Gewichtsausgleich für die am Verbindungskopf angebrachten Lasten vorzusehen, oder aus anderen Gründen. Die erfindungsgemäße Konstruktion bietet daher eine große Flexibilität in bezug auf die Anordnung der Antriebselemente. Die Arme des Manipulators sind einfach ausgebildet, besitzen eine ini wnnnntl Ir.hcn idnntLrsr.hn Kuncitruktl nri und wnincw lcninn Tn-JIn . mit kritischer Toirrrariz auf. L3in kiinnon dahor in Mnaünniimdu mit niedrigen Kosten hergestellt und rasch montiert werden. Dio Konstruktion bietet die Möglichkeit einer variierenden Zahl von Freiheitsgraden, indem die Ausdehnung'oder Rotation von einem oder mehreren der Arme eingeschränkt wird»The drive devices can advantageously be arranged directly adjacent to the assembly devices, which connect the arms to the frame, but they can also, depending on the needs of the user, in places be arranged, which are located away from this point, in order to counterbalance those attached to the connection head To provide loads, or for other reasons. The construction according to the invention therefore offers great flexibility in with respect to the arrangement of the drive elements. The arms of the manipulator are simple, have an ini wnnnntl Ir.hcn idnntLrsr.hn Kuncitruktl nri and wnincw lcninn Tn-JIn . with critical toirrrariz. L3in kiinnon dahor in Mnaünniimdu can be manufactured at low cost and quickly assembled. The construction offers the possibility of a varying number of degrees of freedom by restricting the extension or rotation of one or more of the arms »
Die die Verbindungseinheit und die entsprechenden Arme miteinander verbindende Kupplung ist so ausgebildet, daß sich die wirksamen Rotationsachsen der Verbindungseinheit relativ zu den Armen an einem gemeinsamen Punkt schneiden α DadurchThe connecting unit and the corresponding arms with each other connecting coupling is designed so that the effective axes of rotation of the connecting unit relative to the arms intersect at a common point α thereby
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werden die Positions- und Rotations—Koordinaten der Arme so voneinander abgekoppelt, daß die Bewegungsgleichungen, die die Bewegung der Verbindungseinheit in Abhängigkeit von der Bewegung der entsprechenden Arme beschreiben, vereinfacht werden. Folglich wird der erforderliche Rechenaufwand zur Erzielung einer genauen Steuerung der Position· und Orientierung der Verbindungseinheit und um diese an eine gewünschte Stelle und in eine gewünschte Orientierung zu bringen, vereinfacht. the position and rotation coordinates of the arms become like this decoupled from each other that the equations of motion that determine the movement of the connecting unit as a function of the Describe the movement of the corresponding arms. Consequently, the computational effort required becomes Achieving a precise control of the position and orientation of the connecting unit and around it to a desired one Place and bring it into a desired orientation is simplified.
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Claims (1)
(.10)' so angeordnet sind, daß zur starren Lagerung des Ver-,she
(.10) 'are arranged in such a way that for the rigid mounting of the
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